Doğal Olarak Oluşan Grafende Keşfedilen Yeni Kuantum Etkisi
Fotoğraf 1: Temaslı, iki atom kalınlığında, serbest yüzen bir grafen ince tabakasının, üzerinde serbest yüzen bir metal köprünün asılı olduğu, taramalı elektron mikroskobu görüntüsü.
Fotoğraf 2: Taramalı elektron mikroskobu görüntüsünde, altın temas noktaları sarı, grafen çift katmanları kırmızı ve metal köprü mavi olarak gösterilmesi.
Uluslararası araştırma ekibi, atomik olarak ince karbonun kendi manyetik alanını oluşturduğunu keşfetti.
Genellikle, bir malzemenin elektrik direnci, fiziksel boyutlarına ve temel özelliklerine bağlıdır. Bununla birlikte özel koşullar altında, bu direnç temel malzeme özelliklerinden bağımsız ve “kuantize edilmiş” (sürekli değil, ayrı adımlarla değiştiği anlamına gelen) sabit bir değer benimseyebilir. Elektrik direncinin bu kuvantumlanması normal olarak güçlü manyetik alanlar içinde ve elektronların iki boyutlu şekilde hareket ettiği zaman çok düşük sıcaklıklarda meydana gelmektedir. Göttingen Üniversitesi tarafından yönetilen bir araştırma ekibi, sadece iki atom kalınlığında doğal olarak oluşan çift katmanlı grafende manyetik alanın neredeyse tamamen yokluğunda, düşük sıcaklıklarda bu etkiyi göstermeyi başardı. Araştırmanın sonuçları Nature’da yayınlandı.
Göttingen Üniversitesi, Münih Ludwig Maximilian Üniversitesi ve Teksas (Dallas) Üniversitesi’nden ekip, doğal formunda iki katmanlı grafeni kullandı. Hassas grafen ince tabakası, standart mikrofabrikasyon teknikleri kullanılarak temas ettirilir ve ince tabaka, iki metal temas ile kenarlarda tutulan bir köprü gibi serbestçe asılacak şekilde konumlandırılır. Son derece temiz çift katmanlı grafen, düşük sıcaklıklarda ve neredeyse algılanamayan manyetik alanlarda elektrik direncinin kuvantumlamasını gösterir. Ayrıca elektrik akımı herhangi bir enerji kaybı olmadan hareket eder. Bunun nedeni, geleneksel mıknatıslarda görüldüğü gibi olağan şekilde (yani elektronların içsel manyetik momentlerinin hizalanmasıyla) değil, grafen çift tabakasının kendisindeki yüklü parçacıkların hareketiyle üretilen bir manyetizma biçimidir. Göttingen Üniversitesi’nden Profesör Thomas Weitz, “Başka bir deyişle, parçacıklar elektrik direncinin kuvantumlanmasına yol açan kendi içsel manyetik alanlarını üretirler” diyor.
Bu etkinin özel olmasının nedeni sadece bir elektrik alan gerektirmesi değil, uygulanan manyetik ve elektrik alanlarla kontrol edilebilen sekiz farklı versiyonda ortaya çıkmasıdır. Bu, yüksek derecede kontrol ile sonuçlanmaktadır, çünkü etki açılıp kapatılabilir ve yüklü parçacıkların hareket yönü tersine çevrilebilmektedir. Weitz, “Bu, onu örneğin spintronik alanında yenilikçi bilgisayar bileşenlerinin geliştirilmesinde, veri depolama için etkileri olabilecek potansiyel uygulamalar için gerçekten ilginç bir aday yapıyor. Ayrıca bu etkiyi basit ve doğal olarak oluşan bir malzemeden oluşan bir sistemde gösterebilmemiz de bir avantaj. Bu, farklı malzemelerin karmaşık ve kesin bir bileşimini gerektiren son zamanlarda popüler hale gelen ‘heteroyapılar’ ile tam bir tezat oluşturuyor.” diyor.
Ancak önce, etki daha fazla araştırılmalı ve daha yüksek sıcaklıklarda stabilize etmenin yolları bulunmalı, çünkü şu anda sadece mutlak sıfırın beş derece üzerinde meydana geliyor (ikincisi -273 ℃).
Kaynak: chemeurope.com
